專利名稱：檢測大腦區域神經退變的方法
技術領域：
本發明涉及一種用計算機實現的、用于檢測患者大腦中大腦區域神經退變 以及大腦區域血管變化的方法，涉及一種相應的計算機程序、 一種其上存儲計 算機程序的數據載體，以及一種實施該方法的成像設備。
背景技術：
如尤其是退行性改變或血管改變的神經病理改變以不同的原因在特定大 腦區域中引起可能的癡呆癥。對癡呆癥全面的和盡可能準確的檢查不僅要求臨 床神經心理學和實驗室化學測試，而且還要求使用成像方法。為此大多使用磁
共振斷層造影(簡稱MRT)以及核醫學成像(筒稱NM)。這些方法的可靠性 依據癡呆癥的類型和形式而不同。例如初期的老年癡呆癥可以在早期利用正電 子發射斷層造影(簡稱PET)的核醫學方法來證實。在此借助18氟脫氧葡糖(簡 稱FDG,即放射性標記的葡糖)的拍攝來可視化大腦的糖代謝。血管變化的大 腦區域由于血流障礙而常常在MRT中表現為所謂的腦白質，但利用基于FDG 的PET則不能很好地顯示。根據疾病和疾病狀況的不同或者MRT更好或者PET 更好，而在此兩種疾病的癥狀則可能非常相似。通常在實施完上述兩種成像方 法中的一種之后，當確定了對癡呆癥的指示之后，檢查就結束了。對同時存在 的第二種疾病沒有識別，其首先原因在于高耗時和有關患者合作的局限性。很 清楚，對這樣的大腦區域的檢測只能在計算機的輔助之下借助電子圖像拍攝和 分析方法以及電子圖像拍攝和分析設備來實現。
由于患者常常存在混合形的癡呆或要排除混合形的癡呆，因此為了準確地 才企查常常須既實施PET也實施MRT。這兩種方法是耗時的并且要求患者的合 作，在此需要患者兩次約30分鐘靜臥。而這對于患有以上所述疾病的患者群來 說常常是不可能的或僅在給入鎮靜劑后才是可能的。而后者又會影響PET。該 檢查流程對于患者以及醫務人員都部分地造成極大的負擔。
迄今為止在臨床日常實踐中都僅實施該兩種檢查中的一種，而這又帶來可
能未徹底檢查的風險。或者以根據患者的不同而不同的高物流開銷來實施兩種 檢查，必要時還要借助鎮靜劑。由于所需要的時間開銷兩個順序執行的檢查帶
來更大的運動偽影以及由此帶來的圖像質量不足的風險。在DE 102005023卯7 Al中描述了一種相應的改進圖像質量的方法。
發明內容
因此本發明要解決的技術問題在于，提出 一種計算機實現的檢測大腦中神 經退變的大腦區域以及血管改變的大腦區域的方法，以及一種實施該方法的成 像設備，該方法和設備在耗時方面有所改進并由此首先是在患者不配合的情況 下可以為徹底的檢查提供可靠的數據基礎。
本發明的技術問題通過一種計算機實現的檢測患者大腦中神經退變的大 腦區域以及血管改變的大腦區域的方法以及一種相應的成像設備和數據載體以 及計算機程序產品來解決，本發明的方法具有以下步驟
借助正電子發射斷層造影拍攝大腦的第一數據組，借助磁共振斷層造影拍 攝大腦的第二數據組；
由該第一數據組再現PET圖像以及由該第二數據組再現MRT圖像；
在該MRT圖像中標識血管改變的大腦區域的標志；
將該MRT圖像分割為灰質和白質；
在該PET圖像中標識神經退變的大腦區域；以及
將該PET圖像和分割后的MRT圖像重疊，以確定神經退變的大腦區域是 位于灰質中還是白質中，在此第 一數據組和第二數據組的拍攝是在不移動患者 的情況下緊接著相繼進行的，或者甚至是同時進行的。
所謂的混合模態將兩種不同的成像方法相互結合在一 個設備中。 一 個例子 是組合的MR/PET設備，它們同時進行或至少是緊接著相繼進行，并且可以同 心地采集磁共振數據組和正電子發射數據組。
本發明的方法使得可以在拍攝第 一正電子發射數據組和第二磁共振數據 組之后對這些數據組共同進行分析。為此在檢查過程(也常稱為會話期)中在 不移動患者的情況下優選同時拍攝該兩個數據組。在此由正電子發射數據組再 現的PET圖像主要提供對可能的老年癡呆癥的證明，而由磁共振數據再現出的 MRT圖像首先是給出血管改變的大腦區域的可能線索。由此尤其可以在早期很 好地區分這兩種癡呆形式。只有到了混合的癡呆癥的晚期借助磁共振數據組和
正電子發射數據組的區分才更加順利。
兩個數據組的分割使得可以檢驗是否存在相應改變的大腦區域。該檢驗只 有當例如在改變的大腦區域中存在要借助正電子發射數據組確定的放射性標注 的標記的聚集和耗散時才能成功。因此由正電子發射數據組和磁共振數據組只 能檢驗那些由癡呆癥造成的大腦區域。
此外，按照本發明，采用第二數據組來改善對PET測量以及在PET圖像 中標識的神經退變的大腦區域的診斷價值。為此將MRT圖像分割為灰質和白 質，例如分為皮質和非皮質，并通過融合將分割的結果轉換到PET圖像上。換 言之，即將兩個圖像彼此疊加并由此確定神經退變的大腦區域是處于灰質中還 是白質中，并由此指示老年癡呆癥。 .
值得注意的是，以上所述的數據記錄和圖像處理以及圖像分析步驟不必以 所給出的順序執行。因此例如識別不同的改變區域或分割MRT圖像可以按其 它順序進行或至少可以部分地并行執行。
為此根據本發明方法的另一實施方式，注入特殊的放射性藥劑，如氟-18-脫氧葡糖和/或2-(-{6-[(2-[氟-18]乙烷基)(曱基)氨基]-2-萘基}-乙縮醛)丙 二腈，簡稱為F-18-FDDNP。所提到的后一種特殊放射性藥劑尤其容易聚集在 所謂的淀粉狀斑塊內。由此表示出大約為球形的、在神經細胞外結塊的淀粉狀 蛋白質的沉積。這樣的斑塊與老年癡呆癥相關。
另 一方面，由磁共振數據組只能檢驗那些由于血管引起的癡呆病變的分割 的大腦區域。尤其是借助灌注MRT可以顯示明顯減小了的大腦血流。為此可 以向血液中給入造影劑。
還可以在拍攝功能磁共振數據組時對功能大腦區域(對應于特定大腦功能 的區域)進行刺激。在由功能磁共振數據組分割的大腦區域與例如血管改變的 大腦區域之間存在因果關系。
在本發明方法的 一種優選擴展中，使用磁共振數據組來校正正電子發射信 息的運動偽影。尤其是對于癡呆癥患者群來說，運動校正尤其重要，因為他們 的運動能力以及靜臥的能力受到影響。還可以校正包含功能大腦區域的功能磁 共振數據組。在此作為可能的參考點可以51入磁共振數據組的解剖結構。
兩個基于磁共振和正電子發射的數據組都在一個會話期(Sitzung)內并由 此利用 一個參照系拍攝。因此使這些數據組實際上被共同配準(koregistrieren )。
進對大腦區域的分割，即為了事實上改進PET圖像的空間分辨率，本發明方法 擴展為，基于^f茲共振數據組對正電子發射數據組進行部分立體校正。在部分立 體效應下，信號源(即損傷)與PET圖像的體素不一致，即例如僅占體素的一 部分，由此造成錯誤的信號。
根據本發明的方法，可以借助成像方法產生分割的大腦區域的映像。該映
能大腦區域和大腦的解剖結構集成到該映像中。解剖結構由磁共振數據組進行 再現。
以優選的方式，可以用不同的顏色分別將由正電子發射數據組分割的和由 磁共振數據組分割的大腦區域轉換到映像中。由此該映像尤其包含對混合的癡 呆癥的指示。還可以由缺失的顏色信息推斷出僅存在血管的或僅存在淀粉狀的 沉積或者存在非血管造成的癡呆。還可以基于目前已大大縮短的檢查時間來跟 蹤對不同藥物對不同神經病理改變的大腦區域的作用的精確檢驗。這還使得制 藥工業可以更加成本合算地開發新的藥物。
按照本發明的用于檢測患者大腦中神經退變的大腦區域以及血管改變的 大腦區域的成像設備包括
正電子發射斷層造影成像裝置，用于拍攝大腦的第一數據組；
磁共振斷層造影成像裝置，用于拍攝大腦的第二數據組，并顯示由此再現 出的MRT圖^(象；
顯示裝置，用于顯示具有神經退變的大腦區域的由該第一數據組再現的 PET圖像和/或具有血管改變的大腦區域的由該第二數據組再現的MRT圖像， 和/或顯示通過將該具有神經退變的大腦區域的PET圖像與被分割為灰質和白 質的MRT圖像相疊加所形成的圖像；以及 控制和分析系統，用于控制該成像設備。 利用這樣的成像設備可以有效而筒單地實施本發明的方法。
以下結合附圖詳細描述本發明的優選實施方式。其中示出
圖1示意性示出本發明方法的第一實施例； 圖2示出本發明第二實施例的部分示圖3示出按照本發明的、借助第三實施例校正大腦數據組的方法的一部分；圖4a、 4b示出按照本發明方法另一實施例的兩個分割的大腦區域的映像；
以及
圖5示出按照本發明的成像設備的非按比例的截面圖。
具體實施例方式
以下結合附圖描述本發明的實施例。
圖1示出用于檢測神經退變的大腦區域IO和血管改變的大腦區域13的方 法100的各個步驟。在第一步驟102，為受檢人員、即患者注入放射性標記的 物質12。在此該物質12要特別地從神經退變的癡呆大腦區域IO拍攝。該特殊
改變的組織示出。作為正電子發射的同位素采用氟18。在該實施例中作為物質 12采用相應標記的2- ( 1-{6-[(2-[氟-18]乙烷基)(曱基)氨基]-2-萘基}-乙縮醛) 丙二腈。該物質12在提高的濃度下被所謂的淀粉狀斑塊吸收，并在另一方法步 驟104中借助正電子發射斷層造影來檢測。在此除了由大腦11拍攝第一、即正 電子發射數據組14外，還拍攝第二、即磁共振數據組16。為了縮短為此所需 要的測量時間，按照本發明，兩個數據組14和16的拍攝104同時進行。除了 大大節省了時間，還達到將正電子發射功能和磁共振功能集成在一起的設備、 如所謂的腦PET的更高的滿載。在此可以利用參照系自動進行數據組14和16 的拍攝104,這還可以替代地在一個會話期內在不改變患者的放置的情況下時 間錯開地進行。在此數據組14和16被校正。這尤其省去了繼續處理的其它開 銷。
在方法步驟106中的繼續處理為對再現的PET圖像進行分割以找到正電子 發射數據組14的改變的大腦區域10。在此分割給出了對于特定大腦區域10的 基于生物化學的癡呆癥的重要指示。如果不存在這樣的改變的大腦區域10，則 不從正電子發射數據組14提取數據資料和用于映像20。
由^i共振數據組16再現MRT圖像，并優選通過分割來識別由于血管造成 癡呆改變的大腦區域13,如果存在的話。這樣的改變的大腦區域13可以在T2 加權的或所謂的FLAIR-MRT的腦白質(或灰質)中識別為血管損傷。改變的 大腦區域13的較小的血流可以補充地通過灌注MRT來顯示。該^茲共振數據組 16使得可以識別或確定首先是使改變的大腦區域13的靜態灌注變小的狹窄。 在再現磁共振數據組16時用其它灰度級來顯示該由于血管變窄而使血流較小的大腦區域13。
此外，按照本發明，使用第二數據組16來改善PET測量或PET圖像中識 別出的神經退變的大腦區域10的診斷價值。為此將MRT圖像分割為灰質和白 質，在本實施例中為皮質和非皮質，并通過融合將對PET圖像的分割結果與 PET圖像一起傳輸。這樣，該兩個圖像相重疊，并由此確定神經退變的大腦區 域10是否位于灰質中以及是否由此意味著老年癡呆癥。
除了節省時間外，還可以實現對大腦11的完全拍攝。通過本發明的方法 實現可靠的數據基礎，以在復雜的生理判斷中跟蹤癡呆的類型和范圍。這給出 了檢驗和區分神經退變的癡呆和血管造成的癡呆的輔助手段。
如圖2所示，在本發明的方法100的第二實施例中，在拍攝功能磁共振數 據組18期間對功能大腦區域10進行刺激。該刺激110例如為在拍攝104期間 要求具有懷疑是由于癡呆引起的語言障礙的患者說話而實施的。由此可以分割 出所拍攝的磁共振數據組16的語言中心。現在，如果顯示出分割出的正電子發 射數據組14和/或磁共振數據組16的大腦區域10與語言中心重疊，則這可能 是一個重要的指示。該重疊可以很容易地確定，因為兩個數據組14和16是借 助同心設置的檢測器拍攝的。
正電子發射數據組14的拍攝104利用記錄伽馬射線的伽馬檢測器進行， 伽馬射線是在正電子和電子結合時的所謂湮沒過程中產生的。為了能夠例如從 正電子發射數據組14中分割出淀粉質斑塊區域，需要大約30分鐘的拍攝時間。 圖3左側示出正電子發射數據組14的再現。大腦11的虛線周線作為輔助定向 由右側上方示出的磁共振數據組16的再現來確定。由兩個數據組14和16確定 出神經生理改變的大腦區域IO或13 (未示出)。由于拍攝時間相對較長，左側 示出的大腦區域10具有由運動偽影造成的過大的空間延展。該運動偽影借助時 間分辨率提高很多后拍攝的磁共振數據組16來校正。為此確定在拍攝時間中正 電子發射數據組14與磁共振數據組16的位移并對所確定的數據組14的點進行 匹配。該校正的結果112在圖3左下側示出。因此可以不用給患者服用鎮靜劑。
在拍攝磁共振數據組16時對功能大腦區域IO進行刺激，在此獲得功能磁 共振數據組18。這里同樣出現運動偽影，如圖3右上側所示，該運動偽影利用 磁共振數據組16借助校正112來克服。
借助磁共振數據組16來進行關于正電子發射數據組14的校正114。這涉 及到對改變的大腦區域10的三維分割。磁共振數據組16被作為三維數據組來
拍攝，其在所有三個空間維度上對大腦區域IO都具有改善的分辨率。在此，正
電子發射數據組14的作為部分立體效應而公知的特殊性得到校正。如圖3左下 側示出的，由正電子發射數據組14分割出大腦區域10的三維延展。
如以上所述，由兩個數據組14和16通過分割僅確定神經生理改變的大腦 區域10。按照本發明的方法100的另一實施例，由這樣分割的大腦區域10或 13產生映像20。圖4a示出了圖3所示兩個數據組14和16再現情況下的映像 20。
與圖4b示出的映像20不同，由兩個數據組14和16分割出改變的大腦區 域10。這是對所謂的混合癡呆的重要指示。右側的映像20除了周線外僅示出 由正電子發射數據組14分割出的大腦區域10。借助該非常概貌的顯示可以推 斷在數據組14和16的拍攝中僅有公知為老年癡呆癥的癡呆癥。
在圖4a中分別示出具有不同形狀的分割出的大腦區域10或13。由正電子 發射數據組14分割出的大腦區域IO顯示為六角形。由^f茲共振數據組16分割出 的大腦區域13顯示為五角形。右下方示出的大腦區域IO具有通過分割的數據 組14和16的其它類型的顯示而容易辨認的重疊，該重疊指示出混合的癡呆癥。
通過本發明的方法可以利用 一次檢查獲得對檢測混合的血管的癡呆癥和/ 或基于老年癡呆癥的癡呆癥的重要指示。同樣，這些同時采集的數據可以用于 對其它形式的癡呆癥的診斷和區分診斷。還可以可靠地區分腦解剖結構、即改 變正電子發射數據組的所謂的"標準方案(Normvariant)"與事實上的癡呆癥 的偏差。因此所公開的方法明顯快于兩個順序執行的檢查。借助所謂的MR- PET 混合系統既可以實施磁共振斷層造影也可以實施正電子發射檢查。由此可以將 兩種方法的優點有意義地組合起來并使得可以進行全面而準確的診斷。這使得 既可以進行更好的治療計劃也可以進行更有分量的預測估計。該更快且更可靠 的方法對于引入和測試新的藥物有著很大的潛力。
可以同時借助磁共振數據組顯示解剖變化和功能變化。與正電子發射數據 組的組合使得可以檢驗大腦的生物化學變化。所得到的縮短了的檢查時間還提 高了患者的舒適度并減少了要注入的鎮靜劑的劑量以及醫務人員的負擔。對于 使用者來說，組合應用有著極大的竟爭優勢，因為尤其是能夠更好地充分利用 昂貴的MR- PET混合系統。
圖5示意性示出本發明的成像設備30。成像設備30包括本身公知的、用 于拍攝患者大腦11的MRT數據組16的MRT管22。在該MRT管22內共軸地 設置了多個圍繞縱向成對相對置的、用于拍^t聶大腦11的PET數據組14的PET 檢測單元23。 PET檢測單元23優選由具有連接在前的晶體陣列24和電子放大 電路(PMT) 26的光電二極管陣列25構成。但本發明并不限于具有光電二極 管陣列25和連4妾在前的晶體陣列24的PET^全測單元23，而是還可以采用其它 類型的光電二極管、晶體和裝置進行檢測。
MRT管22沿其縱向定義一個圓柱形的第一測量場。多個PET檢測單元23 沿該縱向定義一個圓柱形的第二測量場。優選該PET檢測單元23的第二測量 場與MRT管22的第一測量場基本一致。這例如通過相應匹配PET 4企測單元 23沿縱向的設置厚度來實現。
圖像采集和圖像處理在計算機27的控制下進行，計算機27基于程序29 (符號化地表示為所寫的頁面)運行，程序29例如存儲在作為數據載體28的 CD上。由成像設備30產生的圖像可以顯示在顯示器21上。
利用按照本發明的成像設備30以及本發明的方法可以可靠地自動地、即 計算機支持地采集患者大腦11中神經退變的大腦區域10以及血管改變的大腦 區域13，而不必擔心在存在這樣的兩種不同類型的改變的大腦區域10、 13的 情況下只能采集其中的一種而忽略另一種。
權利要求
1.一種利用計算機實現的檢測患者大腦(11)中神經退變的大腦區域(10)以及血管改變的大腦區域(13)的方法(100)，具有以下步驟借助正電子發射斷層造影拍攝大腦(11)的第一數據組(14)，借助磁共振斷層造影拍攝大腦(11)的第二數據組(16)(104)；由該第一數據組(14)再現PET圖像以及由該第二數據組(16)再現MRT圖像；在該MRT圖像中標識血管改變的大腦區域(13)的標志；將該MRT圖像分割為灰質和白質(106)；在該PET圖像中標識神經退變的大腦區域(10)；以及將該PET圖像和分割后的MRT圖像重疊，以確定神經退變的大腦區域(10)是位于灰質中還是白質中，在此第一數據組(14)和第二數據組(16)的拍攝(104)是在不移動患者的情況下緊接著相繼進行的，或者甚至是同時進行的。
2. 根據權利要求1所述的方法(100),其特征在于，在拍攝(104)功能 磁共振數據組(18)時對功能大腦區域(10， 13)進行刺激。
3. 根據權利要求1或2所述的方法(100),其特征在于，借助所述磁共振 數據組(16)校正(112)正電子發射數據組(14)的運動偽影，和/或借助磁 共振數據組(16)校正(112)所述功能磁共振數據組(18)的運動偽影。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的方法(100),其特征在于，基于所 述磁共振數據組(16)對正電子發射數據組(14)進行部分立體校正(114)。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的方法(100)，其特征在于，產生神 經退變的大腦區域(10)和血管改變的大腦區域(13)的映像(20)。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的方法(100)，其特征在于，用不同 的顏色將神經退變的大腦區域(10)和血管改變的大腦區域(13)轉換到映像(20)中。
7. 根據權利要求6所述的方法(100)，其特征在于，包括注入要特別從神 經退變的大腦區域(10)拍攝的放射性標記的物質(12)的步驟。
8. 根據權利要求7所述的方法(100)，其特征在于，采用氟-18-脫氧葡糖 或2- ( 1-{6-[(2-[氟-18]乙烷基)(曱基)氨基]-2-萘基}-乙縮醛)丙二腈作為所述 物質(12)。
9. 一種用于成像設備(30 )的控制和分析系統(27 )的計算機程序產品(29 ), 用于實施根據權利要求1至8中任一項所述的方法。
10. —種其上存儲有根據權利要求9所述的計算機程序產品(29)的數據 載體(28 )。
11. 一種用于檢測患者大腦(11)中神經退變的大腦區域(10)以及血管 改變的大腦區域(13 )的成像設備(30 ),包括正電子發射斷層造影成像裝置(23)，用于拍攝(104)大腦(11)的第一 數據組(14);磁共振斷層造影成像裝置(22),用于拍攝(104)大腦(11)的第二數據 組(16);顯示裝置(21)，用于顯示具有神經退變的大腦區域(10)的由該第一數 據組(14)再現的PET圖像和/或具有血管改變的大腦區域(13 )的由該第二數 據組(16)再現的MRT圖像，和/或顯示通過將該具有神經退變的大腦區域(10) 的PET圖像與被分割為灰質和白質的MRT圖像相疊加所形成的圖像；以及控制和分析系統(27),用于按照根據權利要求1至8中任一項所述的方 法來控制該成像設備(30)。
全文摘要
本發明涉及一種計算機實現的檢測患者大腦(11)中神經退變的和血管改變的大腦區域(10，13)的方法，以及一種適于此的成像設備，該方法具有步驟借助PET斷層造影拍攝大腦的第一數據組(14)，借助MRT斷層造影拍攝大腦的第二數據組(16)；由第一數據組再現PET圖像，由第二數據組再現MRT圖像；在該MRT圖像中標識血管改變的大腦區域(13)的標志；將該MRT圖像分割為灰質和白質；在該PET圖像中標識神經退變的大腦區域；將該PET圖像和分割后的MRT圖像重疊，以確定神經退變的大腦區域是位于灰質中還是白質中，第一數據組和第二數據組的拍攝是在不移動患者的情況下緊接著相繼進行的，甚至是同時進行的。
文檔編號A61B6/03GK101352351SQ200810134338
公開日2009年1月28日 申請日期2008年7月24日 優先權日2007年7月26日
發明者克里斯丁·施米德豪森, 岡瑟·普拉奇, 塞巴斯蒂安·施密特, 索爾斯藤·費韋爾, 邁克爾·西姆特寧斯, 黛安娜·馬丁 申請人:西門子公司